ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА, ИМЕЮЩАЯ СТЕКЛОКЕРАМИЧЕСКИЙ КОМПОЗИТНЫЙ ЭЛЕКТРОД Российский патент 2012 года по МПК H01J61/06 

Область техники

[1] Настоящее изобретение относится к люминесцентной лампе, включающей стеклокерамический композит в качестве электрода. Более конкретно, настоящее изобретение относится к люминесцентной лампе, которая способна максимизировать испускание вторичных электронов, возникающих при столкновении ионов в плазме, ионов ртути или электронов в вакуумной разрядной трубке, таким образом демонстрирующей более высокую яркость, чем обычные люминесцентные лампы.

Предпосылки изобретения

[2] В качестве примера обычной подсветки жидкокристаллического дисплея на тонкопленочных транзисторах (TFT-LCD) на Фиг.7 показана люминесцентная лампа 100 с холодным катодом. В этой люминесцентной лампе 100 стеклянная трубка 120, которая включает в себя пару вставленных в нее чашеобразных металлических электродов 110, герметизирована плавлением на обоих ее концах с использованием соответствующих вводных проводов 130, имеющих такой же коэффициент теплового расширения, как и стеклянная трубка. После изготовления лампы, даже при том, что лампа доведена до высокого уровня вакуума, в ней присутствуют первичные электроны, естественно возникающие вследствие космического излучения. В процессе изготовления лампы, после вакуумирования, лампу заполняют неоново-аргоновым газом 150 под давлением 50 торр или больше. Когда переменный ток высокого напряжения прилагается к обоим концам лампы, первичные электроны ускоряются электрическим полем, таким образом ионизируя газ 150. Когда такая ионизация продолжается, образуется искровая плазма, в которой сосуществуют катионы 160 и отрицательные электроны 140. Образовавшиеся катионы и электроны сталкиваются с обоими металлическими электродами 110 и, таким образом, нейтрализуются. При этом из металлических электродов вследствие столкновений образуются вторичные электроны, тем самым делая возможным непрерывный разряд. Таким образом, образование вторичных электронов рассматривается как важный фактор при реализации непрерывного свечения. По мере того как облегчается испускание вторичных электронов, поддерживается высокая яркость.

[3] Когда электроны в плазме сталкиваются с нейтральными атомами 170 ртути, атомы ртути 170 возбуждаются. Когда возбужденные атомы 170 ртути возвращаются к основному состоянию, испускается ультрафиолетовый свет 180. Испускаемый ультрафиолетовый свет 180 падает на люминофор 190, нанесенный на внутреннюю стенку трубки лампы, и, таким образом, преобразуется в видимый свет 181. По существу, электроны 140 или катионы 160, соударяющиеся с металлическими электродами, создают распыление на электродах. Металлический электродный компонент, рассеянный вследствие распыления, связывается с ртутью, таким образом образуя соединение. Когда это соединение осаждается вокруг электродов, происходит почернение, которое приводит к уменьшению срока службы. Проблема уменьшенного срока службы является большой проблемой у люминесцентной лампы с холодным катодом.

[4] Для преодоления этой проблемы были предложены: 1) способ уменьшения напряжения инициирования разряда с использованием эффектов Пеннинга в зависимости от возбуждения и ионизации неоново-аргонового газа 150, заправляемого в лампу, чтобы таким образом снизить импульс электронов 140 или катионов 160, соударяющихся с металлическими электродами 110, тем самым уменьшая возникновение распыления, и 2) способ уменьшения напряжения инициирования разряда посредством как можно большего снижения давления газа.

[5] Однако в случаях 1) и 2), когда напряжение инициирования разряда низкое, кинетическая энергия катионов 160 или электронов 140, соударяющихся с металлическими электродами 110, уменьшается, нежелательно уменьшая испускание вторичных электронов из металлических электродов 110, что приводит к уменьшению яркости.

[6] Для преодоления этой проблемы был предложен 3) способ избирательного использования материала, имеющего более низкую работу выхода, чем у материала для металлического электрода 110, чтобы таким образом облегчить выдачу электронов из металлического электрода 110. Однако в случае 3) стоимость изготовления повышается, поскольку стоимость металлических электродов 110 высока. Кроме того, существует проблема в том, что должно использоваться дорогое боросиликатное стекло для согласования коэффициентов теплового расширения стеклянной трубки 120 и вводного провода 130. Хотя люминесцентная лампа 100 с холодным катодом имеет низкое сопротивление трубки, компонента ее сопротивления является доминантно большой и, таким образом, один трансформатор предназначен для возбуждения только одной лампы, неизбежно приводя к увеличению суммарной стоимости производства. Кроме того, при увеличении диаметра трубки яркость резко уменьшается, так что требуется, чтобы лампа была механически прочной. В конечном счете, вышеупомянутую лампу трудно применять в качестве подсветки в телевизорах больших размеров, требующих лампы большого диаметра (с диаметром трубки 4 мм или больше).

[7] Для частичного решения этой проблемы была разработана люминесцентная лампа с внешним электродом, в которой наружные поверхности обоих концов стеклянной трубки покрыты проводником или приведены в плотный контакт с металлическим колпачком, чтобы таким образом обеспечить возможность параллельного возбуждения с использованием компоненты емкостного сопротивления стекла, что показано на Фиг.8.

[8] В люминесцентной лампе 200 с внешним электродом по Фиг.8 люминофор нанесен на внутреннюю поверхность стеклянной трубки 210, оба конца которой герметизированы. Внутреннее пространство стеклянной трубки 210 заполнено газоразрядной смесью, содержащей инертный газ, такой как аргон (Ar) или неон (Ne), и газообразную ртуть (Hg). Кроме того, внешний электрод с одной из различных форм, покрытый проводящим слоем 221, включающим серебро или углерод, расположен на каждом из обоих концов стеклянной трубки 210 и снабжен металлическим колпачком 220.

[9] Что касается люминесцентной лампы 200 с внешним электродом, то когда переменный ток высокого напряжения прилагается к проводящему слою 221, оба конца стеклянной трубки 210, находящиеся в контакте с внешними электродами 220, играют роль диэлектрического материала, приводя к получению сильного наведенного электрического поля. Более конкретно, когда полярность напряжения, прилагаемого к внешнему электроду, является положительной (+), электроны накапливаются в покрытой проводящим слоем стеклянной трубке. С другой стороны, когда его полярность является отрицательной (-), накапливаются катионы. Стеночные заряды, накапливающиеся за счет непрерывного изменения полярности при использовании электрического поля переменного тока, возвратно-поступательно перемещаются между противоположными концами стеклянной трубки. По существу, когда эти стеночные заряды сталкиваются с газообразной ртутью, которая заправлена вместе с инертным газом, вызывается возбужденное испускание света газообразной ртутью. В этом случае ультрафиолетовый свет, полученный в ходе этого испускания, возбуждает люминофор, нанесенный на внутреннюю стенку стеклянной трубки, тем самым заставляя его испускать видимый свет.

[10] Кроме того, излучаемый таким образом ультрафиолетовый свет возбуждает люминофор, нанесенный на внутреннюю стенку стеклянной трубки 210. Соответственно, когда свет испускается из внутреннего пространства стеклянной трубки 210, свет излучается наружу.

[11] В обычной люминесцентной лампе 210 с внешним электродом по мере того, как увеличиваются участки обоих концов стеклянной трубки 210, функционирующие как диэлектрический материал и покрываемые проводящим слоем 221, увеличивается величина стеночных зарядов, посредством чего яркость лампы может в некоторой степени быть увеличена. Однако существует ограничение возможности продлевать проводящий слой 221 в продольном направлении. В случае, когда проводящий слой 221 продлевается в продольном направлении, тот участок, на котором излучается наружу свет, уменьшается, нежелательно снижая эффективность излучения.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема

[12] Соответственно, настоящее изобретение было задумано для решения вышеупомянутых проблем, существующих в данной области техники, и задачей настоящего изобретения является получение люминесцентной лампы со стеклокерамическими композитными электродами, которая имеет высокую диэлектрическую постоянную, высокое испускание вторичных электронов и высокую поляризацию при том же электрическом поле и, таким образом, допускает движение гораздо большего количества электронов и катионов, что приводит к высокой яркости.

[13] Другой задачей настоящего изобретения является получение люминесцентной лампы со стеклокерамическими композитными электродами, диэлектрическая постоянная которой имеет превосходную температурную стабильность и, таким образом, нет каких-либо отклонений яркости даже в результате изменений внешней окружающей среды.

[14] Другой задачей настоящего изобретения является получение люминесцентной лампы со стеклокерамическими композитными электродами, имеющими состав стеклянной добавки в стеклокерамическом композите для легкого регулирования коэффициента теплового расширения, тем самым предотвращая выход из строя вследствие разности коэффициентов теплового расширения.

[15] Другой задачей настоящего изобретения является получение стеклокерамического композитного электрода с постоянным емкостным сопротивлением, причем этот электрод выполнен полой цилиндрической формы, имеющей ступенчатую часть для ограничения вставляемой во люминесцентную лампу длины электрода.

Техническое решение

[16] Для решения вышеупомянутых задач настоящее изобретение предусматривает люминесцентную лампу со стеклокерамическими композитными электродами, которая имеет следующую конфигурацию.

[17] Люминесцентная лампа со стеклокерамическими композитными электродами включает в себя стеклянную трубку, которая имеет нанесенный на ее внутреннюю поверхность люминофор и заполнена смесью инертного газа и паров металла и оба конца которой герметизированы; и полые цилиндрические электроды, предусмотренные на обоих концах стеклянной трубки, причем каждый из полых цилиндрических электродов имеет ступенчатую часть между его центральной частью и его концевой частью и сформирован из стеклокерамического композита.

[18] В настоящем изобретении ступенчатая часть электрода может быть сформирована таким образом, что внутренний диаметр его центральной части меньше диаметра его концевой части, таким образом делая центральную часть толще. Стеклокерамический композитный электрод может иметь проводящий слой, сформированный на внешней его поверхности, и его концевая часть может быть соединена со стеклянной трубкой с использованием уплотнительной стеклянной пасты (стеклоприпоя).

[19] Электрод по настоящему изобретению в типичном случае можно сформировать, подвергая порошок стеклокерамического композита инжекционному формованию или прессованию. Требования для электродного материала следующие.

[20] Керамический состав, состоящий из MgO-CaO-TiO₂ или СаО-MgO-SrO-TiO₂-ZrO₂, должен иметь температуру фазового перехода -30°C или ниже и, таким образом, не должен разрушаться при соединении со стеклянной трубке вследствие резкого изменения коэффициента теплового расширения из-за изменения кристаллической структуры при температуре 400-600°C, при которой обжигают стеклоприпой. Кроме того, когда люминесцентная лампа используется в низкотемпературных районах, стеклокерамический композитный электрод и стеклянная трубка лампы не должны разрушаться вследствие явления фазового перехода. Кроме того, этот состав должен обладать монокристаллической структурой при температуре -30°C, которая является минимальной температурой для использования, и более высокой. Кроме того, для увеличения величин заряда-разряда ионов и электронов состав должен иметь большую диэлектрическую постоянную, чем у стекла (имеющего диэлектрическую постоянную 10-15). Кроме того, керамический состав должен иметь большую поляризацию в электрическом поле даже при такой же диэлектрической постоянной.

[21] В выбранный таким образом керамический материал может быть добавлена стеклообразная фритта для уменьшения разности коэффициентов теплового расширения со стеклянной трубкой и минимизации возникновения распыления на границе зерен керамического материала.

[22] В качестве электродного материала, удовлетворяющего вышеупомянутым требованиям, в настоящем изобретении может использоваться композит, содержащий керамический состав СаО-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂ и стеклообразную фритту. Эту стеклообразную фритту предпочтительно добавляют в количестве 0,3-10 вес.% в расчете на общее количество керамического состава.

[23] Керамический состав CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂ может включать основной состав, содержащий СаО в диапазоне 0<СаО<1 моль, MgO в диапазоне 0<MgO<1 моль, SrO в диапазоне 0<SrO<1 моль, ZrO₂ в диапазоне 0<ZrO₂<1 моль и TiO₂ в диапазоне 0<TiO₂<1 моль, в котором CaO+MgO+SrO:ZrO₂+TiO₂ имеет молярное отношение 1:1, и может также включать 3 вес.% или менее одного или более, выбранного из группы, состоящей из MnO, Al₂O₃, Cr₂O₃ и Fe₂O₃, в расчете на его общее количество.

[24] Компонент MgO-SrO в этом составе может быть заменен оксидом, имеющим различие в ионном радиусе 15% или менее.

Выгодные эффекты

[25] Согласно настоящему изобретению люминесцентная лампа со стеклокерамическими композитными электродами имеет следующие преимущества по сравнению с обычными лампами с внешним электродом.

[26] Во-первых, люминесцентная лампа по настоящему изобретению имеет намного более высокую диэлектрическую постоянную, чем у стекла, имеющего диэлектрическую постоянную примерно 10, и имеет высокое испускание вторичных электронов. Кроме того, ее поляризация при таком же электрическом поле по меньшей мере в 2 раза больше, чем у стекла. Таким образом, в условиях одинаковой площади электрода и одинаковой площади диэлектрика значительно больше электронов и ионов могут двигаться в стеклянной трубке, тем самым сильно увеличивая яркость лампы.

[27] Во-вторых, температурная стабильность диэлектрической постоянной превосходна при температурах -30°C и выше. Таким образом, когда лампа возбуждается, яркость поддерживается равномерной даже несмотря на то что температура увеличивается за счет импульса ионов и электронов, соударяющихся с электродами. То есть никаких отклонений яркости не происходит даже в результате изменения внешней окружающей среды.

[28] В-третьих, коэффициент теплового расширения может быть легко отрегулирован посредством изменения состава стеклянной добавки в стеклокерамическом композите. Таким образом, когда стеклянная трубка лампы и материал стеклокерамического композитного электрода герметизированы посредством термообработки с использованием стеклянного уплотняющего материала, выход из строя вследствие разности коэффициентов теплового расширения между ними может быть предотвращен, что обеспечивает стабильное производство ламп в зависимости от типа трубки лампы.

[29] В-четвертых, при изготовлении лампы стеклокерамический композитный электрод формируется имеющим полую цилиндрическую форму, имеющую ступенчатую часть для ограничения вставляемой во люминесцентную лампу его длины для того, чтобы равномерно контролировать величины заряда-разряда. Таким образом, может быть получен стеклокерамический композитный электрод, имеющий постоянное емкостное сопротивление.

Краткое описание чертежей

[30] Фиг.1А представляет собой вид спереди в сечении, иллюстрирующий люминесцентную лампу со стеклокерамическими композитными электродами согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения перед герметизацией уплотнительными элементами, а Фиг.1В - вид спереди в сечении, иллюстрирующий люминесцентную лампу со стеклокерамическими композитными электродами согласно настоящему изобретению после герметизации уплотнительными элементами;

[31] Фиг.2 представляет собой график, иллюстрирующий температурную стабильность диэлектрической постоянной согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

[32] Фиг.3А представляет собой вид сверху, иллюстрирующий стеклокерамический композитный электрод по настоящему изобретению, а Фиг.3В - вид в перспективе в сечении, иллюстрирующий стеклокерамический композитный электрод по настоящему изобретению;

[33] Фиг.4 представляет собой график, иллюстрирующий изменение яркости в зависимости от диэлектрической постоянной при использовании электродного материала, имеющего состав, показанный в Таблице 1;

[34] Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий изменение поляризации в зависимости от прилагаемого электрического поля при использовании обычного внешнего электрода, составленного исключительно из стекла, и электродов, имеющих составы согласно Таблице 1 по настоящему изобретению;

[35] Фиг.6 представляет собой график, иллюстрирующий определение % гистерезиса по графику на Фиг.5;

[36] Фиг.7 представляет собой вид в сечении, иллюстрирующий обычную люминесцентную лампу с холодным катодом, используемую в качестве подсветки жидкокристаллического дисплея на тонкопленочных транзисторах (TFT-LCD); и

[37] Фиг.8 представляет собой вид в сечении, иллюстрирующий другую обычную люминесцентную лампу с внешним электродом.

Варианты осуществления изобретения

[38] Далее будет приведено подробное описание настоящего изобретения в связи с чертежами.

[39] На Фиг.1А и 1В показаны виды в сечении, иллюстрирующие структуру лампы 400 согласно настоящему изобретению. На Фиг.1А показана лампа 400 перед тем, как ее герметизировали уплотнительными элементами 420, а на Фиг.1В показана лампа 400 после того, как она герметизирована уплотнительными элементами 420. Как показано на Фиг.1А и 1В, лампа 400 включает в себя корпус 410 лампы, уплотнительные элементы 420 и электроды 430.

[40] Лампа по настоящему изобретению включает в себя корпус 410 лампы, имеющий внутреннее пространство, заполняемое газом, уплотнительные элементы 420, расположенные на обоих концах корпуса лампы, для герметизации (запаивания) концов лампы после завершения заправки газом, и противоположные стеклокерамические композитные электроды 430, соответственно имеющие одну сторону, соединенную с корпусом 410 лампы, и другую сторону, соединенную с уплотнительным элементом 420.

[41] Корпус 410 лампы может иметь форму трубки, U-образную или прямоугольную форму. Показанный на Фиг.1А и 1В примерный корпус 410 лампы имеет форму трубки. Корпус 410 лампы может быть сформирован из боросиликатного стекла, бессвинцового стекла или кварцевого стекла.

[42] Уплотнительные элементы 420, которые расположены на обоих концах корпуса 410 лампы, выполняют функцию герметизации концов лампы после того, как в лампу введен газ. На Фиг.1А показана лампа 400 до ее герметизации уплотнительными элементами 420, а на Фиг.1В показана лампа 400 после ее герметизации уплотнительными элементами 420.

[43] Как показано на Фиг.3А и 3В, электрод 430 структурирован таким образом, что одна сторона электрода соединяется с корпусом 410 лампы, а другая его сторона соединяется с уплотнительным элементом 420. Электрод 430 имеет полую цилиндрическую форму, имеющую ступенчатую часть 431, так что он может соединяться с корпусом лампы и с уплотнительным элементом. В настоящем изобретении корпус 410 лампы имеет внешний диаметр 3 мм и внутренний диаметр 2,2 мм. Кроме того, электрод 430 имеет внешний диаметр 3,1 мм и внутренний диаметр 2,2 мм. Таким образом, электрод легко соединяется с лампой 410 на постоянной предварительно заданной длине, и длина сцепления стеклянной трубки может поддерживаться одинаковой. В результате при изготовлении лампы можно предотвращать отклонение характеристик лампы в зависимости от емкостного сопротивления.

[44] Электрод 430 предпочтительно имеет диэлектрическую постоянную, составляющую 20 и выше. В качестве материала для электрода 430 особенно пригодным является фосфорный стеклокерамический композит, диэлектрическая постоянная которого имеет отличную температурную стабильность, или стеклокерамический композит, не имеющий точек фазового перехода при -30°C или выше. Кроме того, на внешнюю поверхность электрода 430 могут быть нанесены серебро или углерод. Электрод сформирован способом порошкового инжекционного формования или способом полусухого прессования с использованием стеклокерамического композита.

[45] На все внутренние стенки стеклянной трубки 410 и уплотнительных элементов 420 лампы 400, за исключением стеклокерамического композитного электрода, нанесен люминофор. Газ, который заправляют в лампу, включает неон (Ne), аргон (Ar) и газообразную ртуть. Вместо газообразной ртути может использоваться газ ксенон (Хе).

[46] Стеклокерамический композит электрода 430 предпочтительно включает стекломассу, имеющую высокое сопротивление распылению, такую как стеклообразная фритта. Здесь термин "распыление" означает явление, при котором внутренняя часть стеклокерамического композитного электрода, присутствующего в трубке лампы, разрушается в результате столкновения инертных элементов, таких как катионы аргона, ионы ртути, или электронов с внутренней стенкой электрода.

[47] Лампа 400 может включать стеклянный уплотнительный материал для соединения электрода 430 с корпусом 410 лампы и с уплотнительным элементом 420. Также предпочтительно, чтобы коэффициент теплового расширения стеклянного уплотнительного материала был промежуточным между такими коэффициентами стеклянной трубки 410 и стеклокерамического композитного электрода 430. Температура термообработки для герметизации не должна быть более высокой, чем точка размягчения стеклянной трубки. Кроме того, термообработку для герметизации выполняют посредством нанесения стеклянного уплотнительного материала на оба конца стеклянной трубки 410 и на уплотнительные элементы 420, вставки стеклокерамических композитных электродов 430 и уплотнительных элементов 420 и проведения обработки при 500°C перед выполнением вакуумирования и заправки газом.

[48] Лампа 400 сформирована из бессвинцового стекла, имеющего коэффициент теплового расширения, подобный этому коэффициенту у стеклокерамического композита. Газ, заправленный в лампу 400, включает неон (Ne), аргон (Ar) и газообразную ртуть, но, альтернативно, вместо ртути может использоваться газ ксенон (Хе) в зависимости от потребности.

[49] Газ заправляют в лампу 400 следующим образом. А именно вакуумный насос соединяют с обоими концами лампы 400 в состоянии на Фиг.1А для того, чтобы таким образом откачать лампу, после чего газ, включая неон, аргон и ртуть, заправляют в лампу. Затем лампу герметизируют уплотнительными элементами 420 с использованием процесса нагрева.

[50] Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения электродный материал имеет следующий состав.

[51] Формула 1

[52] (CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂) + стеклообразная фритта А.

[53] Диэлектрическая постоянная и диэлектрические потери материала Формулы 1, имеющего в своем составе соотношения компонентов, показанные ниже в Таблице 1 (образцы ЕС1-ЕС6), были измерены при комнатной температуре. Результаты приведены в Таблице 1 ниже.

[54]

[55] В качестве добавки стеклообразной фритты использовалось бессвинцовое стекло SF-44 для трубки лампы. Поскольку его коэффициент теплового расширения составлял 95×10^-7 K^-1, коэффициент теплового расширения был отрегулирован посредством добавления 0,6 моль ВаО и 0,4 моль СаО к 1 моль SiO₂ или, альтернативно, посредством добавления 0,3-10 вес.% стеклообразной фритты, имеющей такой же состав, как и бессвинцовое стекло, в расчете на общее количество образца, а затем синтезирования компонентов при 1100°C. Кроме того, было добавлено 3 вес.% MnO и Al₂O₃.

[56] Как очевидно из Таблицы 1, по мере того как количество TiO₂ увеличивалось, увеличивалась диэлектрическая постоянная. После изготовления люминесцентной лампы, когда прикладывается электрическое поле переменного тока 1000 В или более к стеклокерамическому композиту, имеющему представленный состав и используемому в качестве электрода, генерирование тепла уменьшается пропорционально уменьшению диэлектрических потерь. В этом случае диэлектрические потери были уменьшены до примерно 0,1% благодаря добавлению MnO и Al₂O₃. Кроме того, для увеличения стабильности люминесцентной лампы в зависимости от изменения температуры диэлектрическая постоянная стеклокерамического композита должна иметь высокую температурную стабильность. Температурные стабильности диэлектрических постоянных для соответствующих составов показаны графиком на Фиг.2.

[57] На этом графике можно видеть, что все составы электродов имеют устойчивое изменение диэлектрической постоянной в температурном диапазоне от -30°C до 250°C. Отсюда же можно видеть, что температурная стабильность увеличивается, когда диэлектрическая постоянная низка. Таким образом может быть подтверждено, что состав электрода согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения имеет более высокую диэлектрическую постоянную, чем у обычного стекла, и, таким образом, его диэлектрическая постоянная показывает отличную температурную стабильность.

[58] Характеристики люминесцентной лампы с использованием стеклокерамического композитного электрода, имеющего вышеупомянутый состав согласно первому варианту осуществления, сравнили с характеристиками обычной люминесцентной лампы с внешним электродом. С этой целью изготовили люминесцентные лампы, имеющие одинаковый диаметр и одинаковую длину. Затем ток и напряжение, прилагаемое к обоим концам лампы, были измерены с использованием высоковольтного зонда и датчика тока, поставляемого Tektronix, после чего была измерена яркость с использованием измерителя яркости ВМ-7А. Результаты показаны в Таблице 2 ниже.

[59]

[60] Как очевидно из Таблицы 2, люминесцентная лампа по изобретению была изготовлена согласно первому варианту осуществления с использованием электрода ЕС1, имеющего самую низкую диэлектрическую постоянную и имеющего такую же длину электрода, как и у обычной лампы с внешним электродом. Входная мощность обычной лампы составляла 9 Вт, а входная мощность люминесцентной лампы по настоящему изобретению составляла 16 Вт, что больше в примерно 1,7 раза. Кроме того, яркость была увеличена в 4,2 раза по сравнению с обычной лампой с внешним электродом. Причина того, почему яркость настолько высока, как представляется, состоит в том, что диэлектрическая постоянная керамическодиэлектрического электрода по настоящему изобретению в примерно 2 раза больше, чем у обычной лампы с внешним электродом, а также в том, что испускание вторичных электронов больше, чем в обычной лампе с внешним электродом. Кроме того, поскольку две лампы возбуждаются с использованием одного инвертора, может осуществляться параллельное возбуждение.

[61] Используя соответствующие стеклокерамические композитные электроды, определяли изменение яркости в зависимости от диэлектрической постоянной. Результаты показаны ниже в Таблице 3.

[62]

[63] Как очевидно из Таблицы 3, когда входная мощность одинаковая, яркость увеличивается пропорционально увеличению диэлектрической постоянной. Для более легкого изображения этой зависимости графиком на Фиг.4 показано соотношение между диэлектрической постоянной и яркостью.

[64] Кроме того, для сравнения эффектов лампы с электродами согласно первому варианту осуществления с эффектами обычной лампы с внешними электродами сравнили свойства обычной лампы с внешними электродами для подсветки 32-дюймового телевизора с TFT-LCD, доступной в настоящее время на рынке, и люминесцентной лампы по настоящему изобретению. Результаты показаны ниже в Таблице 4.

[65]

[66] Как очевидно из Таблицы 4, люминесцентная лампа по настоящему изобретению, как можно видеть, демонстрирует более высокую яркость, чем обычная лампа с внешним электродом.

[67] Как упомянуто выше, разработанная согласно настоящему изобретению лампа с использованием стеклокерамического композитного электрода достигает, как можно видеть, высокой яркости, которая в 3 или более раз выше, даже при осуществлении параллельного возбуждения, как в обычной лампе с внешним электродом.

[68] Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения в качестве стеклокерамического композитного электрода используется следующий состав материалов.

[69] Формула 2

[70] (CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂) + стеклообразная фритта В.

[71] Диэлектрическая постоянная и диэлектрические потери электродного материала Формулы 2, имеющего в своем составе соотношения компонентов, показанные ниже в Таблице 5, были измерены при комнатной температуре. Результаты показаны ниже в Таблице 5.

[72]

Таблица 5 Образец Компонент (моль) Диэлектрическая постоянная Диэлектрические потери (%) СаО MgO SrO ZrO₂ TiO₂ ЕС1 0,65 0,05 0,3 0,97 0,03 25,0 0,12 ЕС2 0,65 0,05 0,3 0,9 0,1 28,0 0,1 ЕС3 0,65 0,05 0,3 0,8 0,2 41,0 0,12 ЕС4 0,65 0,05 0,3 0,7 0,3 54,0 0,15 ЕС5 0,65 0,05 0,3 0,6 0,4 65,4 0,12 ЕС6 0,65 0,05 0,3 0,5 0,5 88,5 0,13

[73] В качестве добавки стеклообразной фритты использовался боросиликат для трубки лампы. Поскольку его коэффициент теплового расширения составлял 33×10^-7 K^-1, компонент стеклообразной фритты, добавленный в стеклокерамический композит для регулирования коэффициента теплового расширения, был количественно составлен из 75 вес.% SiO₂, 18 вес.% В₂О₃, 4 вес.% Na₂O, 2 вес.% K₂O и 1 вес.% Al₂O₃. Эту стеклообразную фритту синтезировали при 1100°C и затем добавляли в количестве 0,3-10 вес.% в расчете на общее количество состава, показанного в Таблице 5. Кроме того, использовали MnO и Al₂O₃ в качестве присадки. Количество присадки было задано на уровне 3 вес.%.

[74] Коэффициент теплового расширения стеклокерамического композитного электрода был определен составляющим 36-60×10^-7 K^-1, который постепенно уменьшался пропорционально увеличению количества добавки стекла. Кроме того, диэлектрическая постоянная была определена отличающейся от диэлектрической постоянной в случае Формулы 1 в зависимости от типов компонента стеклообразной фритты. В Таблице 5 показаны диэлектрическая постоянная и диэлектрические потери каждого состава электрода при добавлении 5 вес.% стеклообразной фритты В. Как очевидно из Таблицы 5, чем выше количество TiO₂, тем выше диэлектрическая постоянная. После изготовления люминесцентной лампы, когда прикладывалось электрическое поле переменного тока, составляющее 1000 среднеквадратических вольт или больше, к стеклокерамическому композиту, имеющему состав электрода согласно второму варианту осуществления, генерирование тепла уменьшалось пропорционально уменьшению диэлектрических потерь. Следовательно, диэлектрические потери были уменьшены до примерно 0,1% благодаря добавлению MnO и Al₂O₃.

[75] Лампу изготовили тем же способом, как и в первом варианте осуществления, используя стеклокерамический композитный электрод с вышеупомянутым составом, и ее характеристики сравнили с характеристиками обычной лампы с внешним электродом. Результаты показаны ниже в Таблице 6.

[76]

[77] Как очевидно из Таблицы 6, люминесцентная лампа, сформированная из стеклокерамического композита согласно второму варианту осуществления, может быть по меньшей мере в 3 раза более яркой, чем обычная лампа с внешним электродом, и может обеспечивать параллельное возбуждение. В случае, когда в качестве материала стеклянной трубки люминесцентной лампы используется боросиликат, стеклянный компонент стеклокерамического композита регулируют, тем самым корректируя коэффициент теплового расширения. Таким образом, когда стеклянную трубку и люминесцентную лампу герметизируют посредством термообработки с использованием стеклянного уплотнительного материала, выход из строя вследствие разности коэффициентов теплового расширения может быть предотвращен, и, кроме того, может быть увеличена яркость.

[78] Для более определенного исследования причины, почему яркость увеличена согласно варианту осуществления настоящего изобретения, измеряли поляризацию каждого состава из Таблицы 1 в зависимости от прилагаемого электрического поля. Результаты показаны на Фиг.5. Обращаясь к Фиг.6, % гистерезиса определяли по кривой гистерезиса на Фиг.5, показывающей зависимость между прилагаемым электрическим полем и поляризацией. То есть, когда гистерезисные потери увеличиваются, увеличивается потеря тепло в электрическом поле переменного тока. Соответственно устойчивое возбуждение может осуществляться, когда гистерезисные потери низкие. Гистерезисные потери могут быть определены с использованием следующего уравнения.

[79] Как показано на Фиг.6, когда максимальная поляризация при 10 кВ/мм обозначена P_max, а разность в поляризации при 0 кВ/мм обозначена ΔP, гистерезисные потери представлены следующим образом.

[80] Гистерезисные потери (%) = ΔP/P_max×100.

[81] Гистерезисные потери определены с использованием данных на Фиг.6 согласно вышеупомянутому уравнению. Результаты показаны ниже в Таблице 7.

[82]

Таблица 7   Стекло ЕС1 ЕС2 ЕС3 ЕС4 ЕС5 ЕС6 Гистерезисные потери (%) 16 13 9 12 14 5,5 5,2

[83] Из этих результатов можно видеть, что люминесцентная лампа по настоящему изобретению демонстрирует относительно устойчивые гистерезисные потери даже в сильном электрическом поле 10 кВ/мм по сравнению с обычным стеклянным электродом.

[84] Таким образом, люминесцентная лампа со стеклокерамическими композитными электродами по настоящему изобретению характеризуется тем, что ионы или электроны, присутствующие в люминесцентной лампе, могут заряжаться или разряжаться в количествах, которые по меньшей мере удвоены при приложении такого же электрического поля по сравнению с обычной лампой с внешним электродом, состоящим только из стекла. Кроме того, лампа по настоящему изобретению, имеющая низкие гистерезисные потери, может обеспечивать свет при устойчивой температуре даже под высоким напряжением по сравнению с обычной лампой с внешним электродом, состоящим только из стекла.

[85] В описанных выше вариантах осуществления компонент MgO-SrO может быть заменен оксидом, имеющим различие в ионном радиусе 15% или менее. Примеры заменяемого оксида показаны ниже в Таблице 8.

[86]

Таблица 8 Ион Ионный радиус (Å) Заменяемые примеры Ионный радиус (Å) Δ Ионный радиус (%) Са²⁺ 1,0 Y³⁺, Yb³⁺ 0,89, 0,86 11, 14 Sm²⁺ 0,96 4 La³⁺ 1,06 6 Nd³⁺ 1,00 0 Mg²⁺ 0,72 Bi²⁺ 0,74 2,7 L1¹⁺ 0,74 2,7 Ni²⁺ 0,69 3 Sr²⁺ 1,16 Eu³⁺ 0,59 15 Zr⁴⁺ 0,72 Nb⁵⁺ 0,64 11 Mo⁴⁺ 0,65   Fe²⁺, Fe³⁺ 0,77, 0,65   Zn²⁺, Sc³⁺ 0,75, 0,73   Mn²⁺ 0,67   Ti⁴⁺ 0,61 Cr³⁺ 0,62   Sb⁵⁺ 0,61   Sb⁴⁺ 0,69   Nb⁵⁺ 0,64   Mn⁴⁺ 0,54  

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение яркости, возможность урегулирования коэффициента теплового расширения, уменьшение длины электрода внутри лампы. Люминесцентная лампа включает в себя стеклянную трубку, содержащую люминофор, нанесенный на ее внутреннюю поверхность, и заполненную смесью инертного газа и паров металла, оба конца которой герметизированы, полые цилиндрические электроды (ПЦЭ), расположенные на обоих концах стеклянной трубки, причем каждый из ПЦЭ имеет ступенчатую часть между его центральной частью и его концевой частью и сформирован из стеклокерамического композита. В качестве материала для электрода используется композит, включающий керамический состав СаО-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂ и стеклообразную фритту. CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂ содержит СаО в диапазоне 0<СаО<1 моль, MgO в диапазоне 0<MgO<1 моль, SrO в диапазоне 0<SrO<1 моль, ZrO₂ в диапазоне 0<ZrO₂<1 моль и TiO₂ в диапазоне 0<TiO₂<1 моль, в которой CaO+MgO+SrO:ZrO₂+TiO₂ имеет молярное отношение 1:1 и дополнительно содержит одно или более вещество, выбранное из группы, состоящей из MnO, Al₂O₃, Cr₂O₃ и Fe₂O₃ по 3 вес.% или менее в расчете на ее общее количество. 9 з.п. ф-лы, 8 ил., 8 табл.

1. Люминесцентная лампа со стеклокерамическими композитными электродами, содержащая стеклянную трубку, которая имеет нанесенный на внутреннюю ее поверхность люминофор и заполнена смесью инертного газа и пара металла, оба конца которой герметизированы, и полые цилиндрические электроды, предусмотренные на обоих концах стеклянной трубки,
причем каждый из полых цилиндрических электродов имеет ступенчатую часть между его центральной частью и его концевой частью и сформирован из композита керамики CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂ и стеклообразной фритты в количестве 0,3-10 вес.% в расчете на общее количество керамики, и
керамика CaO-MgO-SrO-ZrO₂-TiO₂ содержит СаО в диапазоне 0<СаО<1 моль, MgO в диапазоне 0<MgO<1 моль, SrO в диапазоне 0<SrO<1 моль, ZrO₂ в диапазоне 0<ZrO₂<1 моль и TiO₂ в диапазоне 0<TiO₂<1 моль, в которой CaO+MgO+SrO:ZrO₂+TiO₂ имеет молярное отношение 1:1, и дополнительно содержит одно или более, выбранное из группы, состоящей из MnO, Al₂O₃, Cr₂O₃ и Fe₂O₃, по 3 вес.% или менее в расчете на ее общее количество.

2. Люминесцентная лампа по п.1, в которой стеклообразная фритта включает SiO₂:BaO:CaO в молярном отношении 1:0,6:0,4.

3. Люминесцентная лампа по п.1, в которой стеклообразная фритта содержит 75 вес.% SiO₂, 18 вес.% В₂О₃, 4 вес.% Na₂O, 2 вес.% K₂O и 1 вес.% Al₂O₃.

4. Люминесцентная лампа по п.1, в которой стеклокерамический композитный электрод имеет проводящий слой, сформированный на его внешней поверхности, и его концевая часть соединена со стеклянной трубкой с использованием уплотнительной стеклянной пасты.

5. Люминесцентная лампа по п.1, в которой ступенчатая часть электрода сформирована таким образом, что внутренний диаметр его центральной части меньше, чем диаметр его концевой части, таким образом, делая центральную часть более толстой.

6. Люминесцентная лампа по п.1, в которой MgO-SrO заменен оксидом, имеющим различие в ионном радиусе 15% или менее по сравнению с ионным радиусом MgO-SrO.

7. Люминесцентная лампа по п.1, в которой стеклокерамический композит не имеет точки фазового перехода при температуре не меньше, чем -30°С.

8. Люминесцентная лампа по п.1, в которой стеклокерамический композит имеет более высокую величину поляризации, чем у стекла, которое имеет максимальную величину поляризации 0,031 мкКл/см² в электрическом поле 10 кВ/мм, и его кривая поляризации сохраняет линейную зависимость от изменения электрического поля.

9. Люминесцентная лампа по п.1, в которой диэлектрическая постоянная стеклокерамического композита выше, чем у стекла, и остается на постоянном уровне или уменьшается по мере того, как температура повышается в диапазоне от -30°С до 250°С.

10. Люминесцентная лампа по п.5, в которой внутренний диаметр центральной части электрода является таким же, как и диаметр стеклянной трубки.